XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Пещеры. Кунгурская ледяная пещера

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Карпова Б.Д. 1

---

1МБОУ СОШ №31

Шиврина Н.А. 1

---

1МБОУ СОШ №31

Работа в формате PDF

13.6 MB

Введение

Окружающий нас мир полон тайн и загадок. Познание его – неотъемлемая часть развития человека.

Знакомство с чудесами природы помогают лучше понять окружающий наш мир, получить новые знания, обогатиться впечатлениями.

Одним из таких чудес природы, можно по праву считать пещеры. Эти таинственные образования в глубине горных пород с древнейших времен знакомы человечеству. В них наши предки, на ранней стадии развития, находили себе кров. Они обеспечивали древнего человека защитой от непогоды и опасных хищников. С пещерами связаны древнейшие легенды о подгорных существах, которые как считали наши предки, роют их в толще горные породы, в их глубинах скрыты тайны и несметные сокровища.

Сами по себе пещеры представляют из себя удивительные творения природы, полные застывшей в веках красотой и величием.

Теоретическая часть работы связана с изучением процессов образования пещер. Типов их происхождения. Изучением растительного и животного мира пещер. Знакомство с научно-популярной литературой о предмете изучения.

Практическая часть работы заключается в наглядном изучении одной из пещер. Получение личного опыта и знаний о происхождении пещеры, ее строении. Наглядное наблюдение за животным и растительным миром пещеры. Фото фиксация геологических образования в структуре пещеры.

Экспериментальная часть состоит в наглядной демонстрации процессов образования и формирования сталактитов и сталагмитов в пещерах.

Цель работы заключается в обогащении личных знаний об окружающем мире. Познакомить одноклассников с одним из удивительных природных явлений. Поделиться приобретенными впечатлениями и знаниями.

1. Пещера – чудо природы.

   1. Научное определение пещеры.

Согласно электронной энциклопедии «Википедия» пещера – это полость естественного происхождения, находящаяся в верхней части земной коры, связанная с поверхностью одним (или несколькими) входными отверстиями ^[1]. https://ru.wikipedia.org/wiki/Пещера

«Толковый словарь русского языка» Д.Н. Ушакова дает более расширенное определение слова пещера. «ПЕЩЕРА, пещеры, ж. Полость, подземная или в горном массиве, образующаяся от действия подземных вод или в результате вулканических процессов (геол.). Горная пещера. Сталактитовая пещера. Пещеры служили жилищем для первобытного человека и животных. || Большое углубление в земле, пустое пространство внутри земли, используемое (человеком и животными) как убежище, жилище. Выкопать себе пещеру. Но вдруг пред витязем пещера... в пещере старец. Пушкин.»^[2]

И в том и другом определении пещера – это полость естественного происхождения в толще земли или горном массиве.

Грубо говоря пещера – это дыра в земле. Так как же образуются эти дыры?

1. 2. Способ образования пещер и их типы.

С древнейших времен люди считали, что пещеры – это дело рук низкорослых, бородатых, трудолюбивых существ. Столетиями они трудятся, пробивая проходы в скальных породах, для того чтобы добыть драгоценные камни и металлы. В их подземных кузнях умелые мастера куют лучшие на свете доспехи и оружие. Согласно мифам и легендам многих народов мира, подземные жители обладали тайными знаниями об устройстве земли, а их пещеры были доверху наполнены сокровищами и драгоценностями. Звали этих подземный народец – гномами (Рис.1).

Однако, в современном мире, нет места мифологическим существам. Согласно спелеологии – науке, занимающейся изучением пещер, все они имеют естественные, природные, причины образования. Спелеология выделяет пять основных типов происхождения пещер ^[3]:

а) Карстовые пещеры – самые протяженные и самые глубокие пещеры. Они встречаются наиболее часто. Такие пещеры образуются, когда вода вымывает из толщ земли или скал растворимые горные породы, такие как известняк, мрамор, гипс и соль. Процесс этот очень медленный и может потребоваться миллион лет, чтобы образовалась пещера. Именно в карстовых пещерах можно встретить сталактиты (растут из потолка) и сталагмиты (растут из пола). (Рис. 2)

б) Тектонические пещеры – это по сути разломы, которые могут образовываться в любой породе, в результате движения литосферных плит земли. (Рис. 3)

в) Эрозионные пещеры – они образуются в толще горных пород либо из-за действия приливных волн морей и океанов, и тогда получаются гроты. Или под действием ветра, несущего песчинки песка. Такие пещеры, как правило, встречаются в пустынях или рядом с ними, от куда дует наполненный песчинками ветер, и называются эоловыми. (Рис. 4)

г) Ледниковые пещеры – эти пещеры образуются в толще ледника, когда талые воды промывают во льду проходы. (Рис.5)

д) Вулканические пещеры – причина образования этого типа пещер, извержение вулкана. Они образуются в местах лавовых потоков, когда верхняя часть потока остывает, а под образовавшейся коркой продолжает течь раскаленная магма. Такие пещеры больше всего похожи на куполообразные туннели, образованные твердой, застывшей лавовой породой, полые внутри. (Рис.6)

1. 3. Растительный и животный мир пещер.

Большинство пещер – это полости и каналы в толще горных пород. Если спросить у любого человека, чем можно охарактеризовать любую пещеру? То одним из ответов будет полная темнота. Именно отсутствие солнечного света, препятствует росту растений. Поэтому, растительный мир пещер весьма скуден. Основные виды растений, которые произрастают в царстве вечной тьмы – это водоросли, которые заполняю подземные водоемы. На стенах пещер ученые находят плесень и мох. В местах, где скапливается помет летучих мышей, растут грибы. (Рис. 7)

Несмотря на темноту и, казалось бы, полное отсутствие пищи, в пещерах живут некоторые виды животных. Основное, что привлекает животных в пещерах, то что условия там весьма ровные, а колебания температур минимальны. То есть зимой, в пещерах относительно тепло, по сравнению с тем, что с наружи, а летом прохладно, и это привлекает в пещеры, таких животных, как летучие мыши. (Рис.8)

Есть в пещерах животные, которым все равно где жить: в почве или в пещере. Это в основном насекомые и членистоногие ^[4].

Очень небольшая группа существ обитает в пещерах постоянно. В связи с полной темнотой, за ненадобностью, у них исчезли глаза и окрас тела. Кожный покров стал более тонким, почти прозрачным. Зато усилились органы обоняния и слуха. К таким животным относится большой прозрачный тритон из пещер Югославии и некоторые виды рыб. (Рис. 9)

Если же говорить о крупных животных, то из-за отсутствия пищи они если и живут в пещерах, то только как в укрытиях от непогоды.

Так же и наши древние предки использовали пещеры, как удобное место для жилья, где можно защититься от опасных хищников и плохой погоды. Некоторые пещеры, первобытные люди использовали не одно поколение. О том, что пещера сотни лет служила пристанищем первобытным людям, говорят обнаруженные учеными следы стоянок и наскальные рисунки, имеющие несколько слоев. (Рис.10)

2. Кунгурская ледяная пещера.

Мир пещер загадочен и разнообразен. Но ни подробный рассказ, ни самая четкая фотография не способны передать их таинственную красоту. Чтобы почувствовать нависающие над тобой тонны горных пород, окунуться в вечную тьму подземных гротов, прикоснуться к причудливым творениям природы из камня и известняка, услышать тихое журчание подгорной реки, почувствовать на лице дуновение ветерка от бесшумных взмахов крыльев летучих мышей, нужно побывать в пещере самому. Поэтому, мы решили съездить к ближайшей к нам пещере. Эта пещера называется «Кунгурская ледяная пещера».

1. 1. Местоположение пещеры

Кунгурская ледяная пещера — одна из самых популярных достопримечательностей Урала. Вместе с Ледяной горой образует историко-природный комплекс регионального значения. Пещера находится в Пермском крае, на правом берегу реки Сылвы на окраине города Кунгур в селе Филипповка, в 100 км от Перми.

Если считать от Ижевска, то протяженность пути до Кунгурской ледяной пещеры равно 367 км. А время в пути, мы ехали на туристическом автобусе, порядка 6 часов. (Рис.11)

1. 2. Тип образования и возраст

Кунгурская ледяная пещера – это одна из крупнейших карстовых пещер в Европейской части России. Она образовалась в толще Ледяной горы, путем вымывания гипсовых пород. Эта пещера седьмая в мире по протяженности гипсовая пещера. Общая протяженность пещеры, примерно, 8 км, из них лишь 2 км оборудованы для посещения туристами. В остальную часть пещеры вход запрещен. Там ведут исследовательские работы ученые-спелеологи.

Температура воздуха в центре пещеры колеблется от +5 °C до −2 °C, относительная влажность в центре пещеры равна 100%.

Сама пещера содержит 58 гротов, 70 озер и 146 так называемых «органных труб» - высоких, промытых водами в горной породе, шахт, которые доходят почти до поверхности. Самая высокая из них находится в Эфирном гроте и достигает в высоту 22м. (Рис.12)

Кунгурская ледяная пещера была известна местным жителям с незапамятных времен. Первое же письменное описание пещеры и подробный план ее проходов, составили Семен Ремизов с сыном в 1703г. Они же нашли в пещере рукотворные столбы поддерживающие своды, деревянные кресты, установленные на камнях, и старую икону. Рядом со входом в пещеру были расположены печи для обжига гипса.

Ученые-спелеологи считают, что возраст Кунгурской ледяной пещеры приблизительно составляет 10 – 12 тысяч лет.

1. 3. Путешествие в сказочный мир пещеры

Кунгурская ледяная пещера – это невероятное место. В ней есть огромные ледяные скульптуры, там росли сталагмиты, сталактиты и сталагнаты, там на огромной льдине нам показывали кино. Я особенно впечатлилась освещением скульптур. Там можно найти Атлантиду. Но на самом деле вы найдете только волшебное озеро, в котором обитают мелкие креветки. А больше всего там красиво зимой.

Мне было интересно. Советую съездить. (Рис.13)

3. Практическая работа

   1. Выращивание сталактита в домашних условиях

Главным украшением Кунгурской ледяной пещеры, так же, как и многих других пещер, имеющих карстовое происхождение, являются натечные минеральные образования – сталактиты.

На своде пещеры можно увидеть твердые, окаменевшие формы, похожие на ледяные сосульки, которые часто можно увидеть весной на краю крыш. Но если ледяная сосулька образуется в процессе замерзания части воды, стекающей по ней, то сталактит образуется несколько иначе. Хотя в его образовании вода тоже имеет главенствующую роль. Проходя через толщи горной породы, вода растворяет в себе известковые минералы. Достигая пещеры, вода по капле просачивается сквозь трещинки в потолке и падает вниз. Однако, она настолько сильно насыщена известковым раствором, что мельчайшие частицы его остаются на своде пещеры.

Так капля за каплей, сначала небольшой бугорок, затем маленькая сосулька, а через тысячи лет, наслоения друг на друга минеральных осадков, вырастает каменная громадина – сталактит.

Падающая капля, оставляет минеральный осадок, не только на своде пещеры, но и на ее полу, где тоже начинает расти сосулька из известковых отложений. Вот только она тянется своей вершиной вверх. Такое образование называется – сталагмит.

Если условия для роста сталактита и сталагмита благоприятные, они в конце концов встречаются и сливаются в каменную колонну, которую ученые спелеологи назвали сталагнатом.

Зная процесс образования сталактитов, можно ли создать его в искусственных условиях: вырастить сталактит у себя дома? Мы решили попробовать и провести с папой эксперимент по выращиванию сталактита в домашних условиях.

Для проведения эксперимента нам понадобились следующие инструменты и материалы (Рис.14):

1. Две пластиковые емкости. Мы взяли по 500мл.

2. Нитка. Желательно шерстяная.

3. Две скрепки. Можно использовать два шурпа.

4. Соль, пищевая сода, ложка и ножницы.

5. Папа распечатал на принтере линейку и с помощью канцелярского клея приклеил к крышке от майонеза. Крышка нужна, чтобы капающая вода не растекалась по столу.

6. А я приготовила «Дневник наблюдений для опыта по НПК»

Все готово и можно приступать к проведению эксперимента по выращиванию сталактита в домашних условиях.

В первую очередь, на треть емкостей, засыпаем соль и пищевую соду в равных пропорциях. Затем наливаем в них горячую воду. На данном этапе прошу проявить осторожность, так как можно обжечься кипятком или об горячий чайник. Поэтому, лучше попросите взрослых помочь вам.

Размешиваем воду, пока соль и пищевая сода максимально не растворяться в воде. К концам нитки длинной примерно 15 см. привязываем скрепки, они играют роль грузил и не дают веревке всплывать на поверхность. Опускаем один конец веревки в емкость, полностью погружаем нить в водный раствор, и свободный конец нити погружаем во вторую емкость. Нить при этом, должна повиснуть между емкостями в виде дуги.

А вот и первая капля срывается с нижней части дуги образованной нитью. Остается наблюдать. Но, как и любой научный эксперимент, наш требует фиксации наблюдений. Для этого, я в «Дневник наблюдений» буду ежедневно заносить размеры роста кристаллов искусственных сталактита и сталагмита. Чтобы результат был более точным, папа и приклеил линейку. Ах, да, мы еще будем вести фотофиксацию, что тоже является немаловажной частью научного исследования (Рис.15).

Согласно записям, в «Дневнике наблюдений», продолжительность эксперимента составила 201 час и 08 мин. К сожалению, не обошлось без неудачи. На третьи сутки бурного роста, образовавшаяся сосулька не выдержала собственного веса и откололась. Но мы не отчаялись и продолжили наблюдение. Наше терпение было вознаграждено. Выращенный в домашних условиях, сталактит, достиг возможного максимума своей длинны. Вытянувшись на 5 см, он своим кончиком соприкоснулся со сталагмитом, который растя вверх, достиг высоты 1 см. Таким образом, на девятые сутки эксперимент был удачно завершен. Его конечным результатом, явилось образование устойчивого соединения сталактита со сталагмитом – сталагнат.

Благодаря записям в дневнике можно легко рассчитать среднюю скорость роста сталактита и сталагмита. Так как считаться будет вторая, удачная, попытка, общее время роста составило 160 час 38 мин. Длина сталактита – 5 см, длина сталагмита – 1 см (Рис.16). Переводим часы в минуты, а сантиметры в мм.

Результат:

Средняя скорость роста сталактита: 50мм/ 9638 мин = 0,00519мм/мин или 0,31мм в час.

Средняя скорость роста сталагмита: 10мм/9638 мин = 0,00104мм/мин или 0,06мм в час.

Может показаться, что это очень медленно, но на самом деле, в естественных условиях пещер каменные сосульки растут еще медленней. Ученые подсчитали, что средняя скорость роста сталактита – 0,13 мм в год, а рост сталагмита – 0,09мм в год.

Теперь становиться понятно, почему на рост этих каменных красавцев, требуются века. Ну, а если вы не готовы ждать несколько тысяч лет, то всегда сможете вырастить сталактит у себя дома, тем способом, которым воспользовалась я с папой.

Заключение

В процессе подготовки моей научно-практической работы я узнала много нового и интересного о таинственном мире пещер. Благодаря тематическим сайтам Интернета и научной литературе, я познакомилась со способами образования различных типов пещер. Узнала об их отличиях и сходствах.

Изучила, пусть скудный, но уникальный животный и растительный мир пещер. Соприкоснулась с древней историей использования пещер нашими первобытными предками.

В практической части своей работы я лично, с семьей, побывала в одной из красивейших пещер европейской части России: «Кунгурской ледяной пещере». Своими глазами увидела ее застывшую в веках каменную красоту.

Провела в домашних условиях эксперимент, который наглядно демонстрирует процесс образования сталактитов и сталагмитов в природе.

Надеюсь, своей работой мне удалось обогатить знания моих одноклассников и вызвать интерес к таким удивительным, таинственным и разнообразным творениям природы, как пещеры. Кто знает, какие еще нераскрытые тайны таятся в их темных подземных глубинах, ожидая своих первооткрывателей.

Спасибо за внимание!

Список литературы.

1. Сайт Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/Пещера

2. Толковый словарь русского языка: в 4 т. / под ред. Д. Н. Ушакова. — М.: Сов. энцикл.: ОГИЗ, 1935—1940.

3. Лобанов Ю.Е. 'Уральские пещеры' - Свердловск: Средне-Уральское книжное издательство, 1979 - с.173

4. Сайт Дзен. Фауна глубоких пещер: Как выглядят животные подземного мира? https://dzen.ru/a/YSJDu2HnhnebZNaN

Приложения

Рисунок 1. Гномы.

Рисунок 2. Карстовые пещеры.

Рисунок 3. Тектонические пещеры.

Рисунок 4. Эрозионные пещеры.

Рисунок 5. Ледниковые пещеры.

Рисунок 6. Вулканические пещеры.

Рисунок 7. Пещерный мох и пещерные грибы.

Рисунок 8. Летучие мыши.

Рисунок 9. Пещерный тритон и пещерные рыбы.

Рисунок 10. Пещерные люди и наскальные рисунки.

Рисунок 11. Маршрут и туристический автобус.

Рисунок 12. Схема туристического маршрута и органная труба в Эфирном гроте.

Рисунок 13. Наше путешествие в «Кунгурскую ледяную пещеру»

Рисунок 14. Подготовка к эксперименту по выращиванию сталактита

Рисунок 15. Эксперимент по выращиванию сталактита

Рисунок 16. Результат проведения эксперимента